Les dispositifs de puissance à semi-conducteurs occupent une position centrale dans les systèmes électroniques de puissance, en particulier dans le contexte du développement rapide de technologies telles que l'intelligence artificielle, les communications 5G et les véhicules à énergies nouvelles, dont les exigences de performance ont été améliorées.
Carbure de siliciumLe (4H-SiC) est devenu un matériau idéal pour la fabrication de dispositifs de puissance à semi-conducteurs hautes performances en raison de ses avantages tels qu'une large bande interdite, une conductivité thermique élevée, une intensité de champ de claquage élevée, un taux de dérive de saturation élevé, une stabilité chimique et une résistance aux radiations. Cependant, le 4H-SiC présente une dureté élevée, une fragilité élevée, une forte inertie chimique et une difficulté de traitement élevée. La qualité de surface de sa tranche de substrat est cruciale pour les applications de dispositifs à grande échelle.
Par conséquent, l’amélioration de la qualité de surface des tranches de substrat 4H-SiC, en particulier l’élimination de la couche endommagée sur la surface de traitement de la tranche, est la clé pour obtenir un traitement de tranche de substrat 4H-SiC efficace, à faibles pertes et de haute qualité.
Expérience
L'expérience utilise un lingot de 4H-SiC de type N de 4 pouces cultivé par la méthode physique de transport de vapeur, qui est traité par coupe au fil, meulage, meulage grossier, meulage fin et polissage, et enregistre l'épaisseur d'enlèvement de la surface C et de la surface Si. et l'épaisseur finale de la tranche dans chaque processus.
Figure 1 Diagramme schématique de la structure cristalline du 4H-SiC
Figure 2 Épaisseur retirée du côté C et du côté Si du 4H-plaquette SiCaprès différentes étapes de traitement et épaisseur de la plaquette après le traitement
L'épaisseur, la morphologie de la surface, la rugosité et les propriétés mécaniques de la tranche ont été entièrement caractérisées par un testeur de paramètres géométriques de la tranche, un microscope à interférence différentielle, un microscope à force atomique, un instrument de mesure de la rugosité de surface et un nanoindenteur. De plus, un diffractomètre à rayons X haute résolution a été utilisé pour évaluer la qualité cristalline de la plaquette.
Ces étapes expérimentales et méthodes de test fournissent un support technique détaillé pour étudier le taux d'enlèvement de matière et la qualité de surface lors du traitement du 4H-plaquettes SiC.
Grâce à des expériences, les chercheurs ont analysé les changements dans le taux d'enlèvement de matière (MRR), la morphologie et la rugosité de la surface, ainsi que les propriétés mécaniques et la qualité des cristaux du 4H-plaquettes SiCdans différentes étapes de traitement (coupe au fil, meulage, meulage grossier, meulage fin, polissage).
Figure 3 Taux d'enlèvement de matière de la face C et de la face Si du 4H-plaquette SiCdans différentes étapes de traitement
L'étude a révélé qu'en raison de l'anisotropie des propriétés mécaniques des différentes faces cristallines du 4H-SiC, il existe une différence de MRR entre la face C et la face Si dans le cadre du même processus, et le MRR de la face C est significativement plus élevé que celui de la face C. celui de Si-face. Au fur et à mesure de l'avancement des étapes de traitement, la morphologie de surface et la rugosité des plaquettes 4H-SiC sont progressivement optimisées. Après polissage, le Ra de la face C est de 0,24 nm et le Ra de la face Si atteint 0,14 nm, ce qui peut répondre aux besoins de croissance épitaxiale.
Figure 4 Images au microscope optique de la surface C (a ~ e) et de la surface Si (f ~ j) d'une plaquette 4H-SiC après différentes étapes de traitement
Figure 5 Images au microscope à force atomique de la surface C (a~c) et de la surface Si (d~f) d'une plaquette 4H-SiC après les étapes de traitement CLP, FLP et CMP
Figure 6 (a) module d'élasticité et (b) dureté de la surface C et de la surface Si de la plaquette 4H-SiC après différentes étapes de traitement
Le test des propriétés mécaniques montre que la surface C de la tranche a une ténacité inférieure à celle du matériau de surface Si, un degré plus élevé de rupture fragile pendant le traitement, un enlèvement de matière plus rapide et une morphologie et une rugosité de surface relativement médiocres. L'élimination de la couche endommagée sur la surface traitée est la clé pour améliorer la qualité de surface de la plaquette. La largeur à mi-hauteur de la courbe de bascule 4H-SiC (0004) peut être utilisée pour caractériser et analyser de manière intuitive et précise la couche de dommage superficiel de la tranche.
Figure 7 (0004) courbe de bascule demi-largeur de la face C et de la face Si d'une plaquette 4H-SiC après différentes étapes de traitement
Les résultats de la recherche montrent que la couche endommagée en surface de la plaquette peut être progressivement éliminée après le traitement de la plaquette 4H-SiC, ce qui améliore efficacement la qualité de surface de la plaquette et fournit une référence technique pour un traitement à haute efficacité, à faibles pertes et de haute qualité. de tranches de substrat 4H-SiC.
Les chercheurs ont traité les tranches de 4H-SiC à travers différentes étapes de traitement telles que la coupe au fil, le meulage, le meulage grossier, le meulage fin et le polissage, et ont étudié les effets de ces processus sur la qualité de surface de la tranche.
Les résultats montrent qu'avec l'avancement des étapes de traitement, la morphologie de surface et la rugosité de la plaquette sont progressivement optimisées. Après polissage, la rugosité de la face C et de la face Si atteint respectivement 0,24 nm et 0,14 nm, ce qui répond aux exigences de croissance épitaxiale. La face C de la tranche a une ténacité inférieure à celle du matériau de la face Si et est plus sujette à une rupture fragile pendant le traitement, ce qui se traduit par une morphologie et une rugosité de surface relativement médiocres. L'élimination de la couche endommagée de la surface traitée est la clé pour améliorer la qualité de surface de la plaquette. La demi-largeur de la courbe de bascule 4H-SiC (0004) peut caractériser de manière intuitive et précise la couche endommagée en surface de la tranche.
La recherche montre que la couche endommagée à la surface des tranches de 4H-SiC peut être progressivement éliminée grâce au traitement des tranches de 4H-SiC, améliorant ainsi efficacement la qualité de surface de la tranche, fournissant ainsi une référence technique en matière de haute efficacité, de faibles pertes et de haute performance. traitement de qualité des tranches de substrat 4H-SiC.
Heure de publication : 08 juillet 2024